[实用新型]一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及地表岩体物理化学技术领域，属于岩样渗透性和微观结构形态以及渗流溶液进行测试分析的装置。

背景技术

目前，我国环境污染相当严重，因次生环境问题引起的酸雨等环境问题使雨水、河水和湖水中化学物质增加，环境酸化（pH<5.6)问题越来越严重。酸化环境对岩土体侵蚀作用是微观的、长期的，可影响岩体各个时期的力学特性，随着工程运营时间增加，问题将越来越突出。因此，开展酸性降雨对岩体矿物化学成分影响从而造成的力学强度变化机理的相关研究，对岩土体受到物理化学侵蚀引起工程性能变化和工程安全及其评估具有十分重要的意义。

前期研究表明，渗流作用是涉及孔隙水渗流、可搬运细微颗粒迁移和多孔介质变形的多相耦合系统。孔隙水在岩土体骨架渗流，对岩体内部可运动细微颗粒产生冲刷、搬运作用。过去的研究成果主要集中在渗流-侵蚀-应力耦合效应上，从岩土体微观结构形态和力学强度变化方面对渗流影响进行分析。从宏观上看，岩体内渗流具有非均匀性和各向异性，在裂隙发育的位置渗流破坏严重，并呈一定的方向性；从微观上看，裂隙的几何尺寸特征和裂隙内填充物质的物理力学性质是渗流破侵蚀的重要影响因素。

但是现有的渗流试验装置常忽略了入渗溶液对岩体材料的化学侵蚀效应，有的装置未考虑入渗溶液与岩体所含矿物化学成分发生反应引起的岩土体矿物成分、孔隙尺寸结构（孔隙率）、水力特征（渗透率）、物理特征（有效反应比表面积）、力学特性（抗压抗剪强度等）的变化。因此，本实验装置更全面的考虑到渗流侵蚀过程水岩化学作用对于岩体性质劣化产生的影响，为酸雨地区地表岩体工程特性分析和治理手段提供了重要的理论依据和技术支持。针对现有技术的不足，设计一种可。该装置可直接采用各类型的岩体试样与含化学溶质的水溶液进行化学作用来研究岩体在水岩化学作用下的化学劣化过程及机理。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置，它能有效地模拟含不同成分水溶液与岩体发生化学作用的水岩化学作用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置，分别由环境条件模拟部分、水岩反应部分、水样测试部分组成，

氮气瓶与酸性溶液容器的连接管路中按序设有指针压力计、电子压力计和蝶形螺栓，酸性溶液容器的底部设有带阀门的管路连接一级反应装置的进水口；

水岩反应部分包括：一级反应装置由上壳体和下壳体组装而成，上壳体内腔的一端为扁平锥体形且内部带台阶的圆柱形腔，台阶处放置岩样，圆柱形腔顶部与出水口相连；下壳体内腔为锥体，锥体底部与进水口相连，上壳体内腔直径略大于下壳体直径，上壳体底部沿周边设有螺孔，下壳体下部设有与法兰盘配合的螺栓孔，上壳体和下壳体通过法兰盘和螺栓连接，在法兰盘上可放置密闭垫圈。下壳体中部表面设有圆环状凹槽，凹槽内设有密垫圈；在上壳体内腔靠近出水口处依次设置不锈钢多孔过水钢片和出水端渗透膜；

水样测试部分包括：包括其它两套依次连接在一级反应装置后面的二级反应装置和三级反应装置，它们的出水口均设有电子压力计和三通阀门，三通阀门的一端接一级反应装置的出水口，一端接二级反应装置的进水口，另一端连接连的水样采集器和放在电子天平上的量筒；一级和二级反应装置的结构和连接方式一致；三级反应装置出水口处的三通阀门两个出水口分别直接与水样采集器和放置在电子天平上的量筒连接。

所述下壳体内腔设有石英质渗透膜。

所述岩样的两端设有胶圈，胶圈的前后设有密闭胶圈和密闭胶圈。

所述氮气瓶（1）与容器之间通过高压管路连接。

本实用新型中：

环境条件模拟部分可以由高压氮气瓶通过阀门与酸性溶液装置容器相连，容器中溶液可分别设置为pH=2、pH=5、pH=7不同酸度的硫酸溶液，其中pH=7的溶液为去离子水溶液作为空白对照组试验。试验开始时，氮气瓶中的气体由容器顶部进入瓶中，设置酸性溶液容器内气体压力恒定（0.3-0.6MPa之间）。